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林深时见“鹿”,解谜鹿角蕨

媒体:大自然杂志  作者:大自然杂志
专业号:大理州林业和草原局 2023/12/6 21:31:15

林深时见“鹿”,解谜鹿角蕨

有很多植物因为长得像动物,以至于直接以动物的名称命名。在这些植物中,必须提到鹿角蕨,顾名思义,就是长得像鹿角的蕨类。到底有多像呢?一起来看看吧。

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二歧鹿角蕨大大的“包菜头”(营养叶)和长长的“鹿角叶”(孢子叶)

是否有植物长得像动物?确实有,而且数量还不少。它们不仅长得像动物,而且中文名还直接冠以动物名,比如说狗尾巴草、鼠尾草、鸡冠花、猫尾木、金毛狗蕨和蜈蚣草等。有一类蕨类植物就因为惟妙惟肖的“动物长相”而出名。它们还能独自成景,散发出高冷、优雅和神秘的气息,成为热带植物玩家的心头好,也是家居装饰业的新宠。它就是蕨类植物中的明星家族——鹿角蕨属(Platycerium)。

鹿角蕨属隶属于水龙骨科,是一类大型的附生蕨类植物,多数附生在树干上,少数附生在石头上。鹿角蕨相貌奇特之处在于它有两种类型的叶子:大大的“包菜头”和长长的“鹿角叶”。“包菜头”其实是它的营养叶,负责提供营养。它们宽阔且厚实,从芽点处一左一右的呈覆瓦状排列,紧紧贴在树干上。“鹿角叶”是鹿角蕨的孢子叶,负责繁殖。革质的孢子叶从芽点处簇生而出,或直立,或下垂,形状变化很大,有的不分叉,有的呈二叉、四叉或更多叉,宛如鹿的角,“鹿角蕨”的名字即由此而来。

和大多数蕨类植物一样,鹿角蕨的孢子囊群着生于孢子叶背面:有的在分叉的顶端或中部;有的在第一回分叉的凹陷处;还有的在特化的勺形裂片背面。由于孢子叶常向下垂,背面对着树干向下方散播孢子繁殖,因此有时我们可以看到一棵树上有很多鹿角蕨从上至下排列生长。

千方百计适应环境

附生植物的生存环境要比地生植物艰难,离开了大地,它们的水分和养分得不到稳定的供应,还要应对更为强烈的阳光照射。为了适应这样的环境,鹿角蕨对自己的形态进行了诸多“升级”,是附生植物适应性演化的代表类群。

鹿角蕨的营养叶有两种形态。一种是直立的,由于附生植物无法从地面获得水分和养分,“机智”的鹿角蕨就依靠直立的营养叶形成“空巢”来拦截雨水、落叶和动物粪便等。空巢就像是一个小型堆肥箱,把截留的有机物分解成植株需要的养分。这类鹿角蕨也被称为“垃圾收集植物”。鹿角蕨营养叶的另一种形态为球状。此类营养叶包裹成球状紧紧地抱住树枝,这样不仅可以减少水分流失,还能增加根茎的湿度及保水能力,在干旱季节更能保持植物生长点的生命力。拥有球状营养叶的鹿角蕨,其孢子叶通常是向上直立生长的,让雨水可以顺着叶子流到营养叶,充分利用水资源。

鹿角蕨叶片表面有很多白色的星状毛,这被认为是与植物抗旱能力相关的性状。星状毛是一种由几根毛扩展排列成为星状结构的多细胞毛。叶片正面的星状毛可以反射大部分的太阳光,背面的星状毛可以保护气孔,减少水分蒸发。通常来说,星状毛越多,植物的抗旱能力也越强。

为了最大限度地减少水分蒸发,鹿角蕨演化出了复合型光合作用。大多数植物光合作用的途径单一,都是通过光合作用C3(最基础和普遍的途径)、C4(二氧化碳在不同的细胞中固定)或CAM(景天酸代谢,二氧化碳在不同的时间固定)途径中的一种来合成有机物,少数植物会在恶劣环境下由C3 途径整体转换成CAM 途径。但二歧鹿角蕨更为特殊,近期研究发现,其不同类型的叶片会采用不同的光合作用途径。例如,其孢子叶在白天会打开气孔吸收二氧化碳,同时进行光合作用,到了晚上气孔关闭,光合作用停止,即C3 途径。其营养叶则是在夜间打开气孔吸收二氧化碳,并将二氧化碳固定在肥厚的叶肉细胞中,白天则关闭气孔,利用夜间固定的二氧化碳进行光合作用,即CAM 途径。两种光合作用并用让二歧鹿角蕨更能适应干旱和炎热的环境。

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二歧鹿角蕨叶片表面的星状毛可反射阳光

鹿角蕨的起源与分化

有研究表明,鹿角蕨属起源于约3500万年前的热带非洲地区,然后向东间隔分布并扩散到东南亚和澳大利亚,向西扩散到美洲热带地区。约2700万年前的晚渐新世,鹿角蕨属开始分化形成多个物种,因此,它在蕨类植物大家族中算是比较“年轻”的一类。

鹿角蕨全球共有18 个原生种(在一个区域内原来就存在,而非人为引入的物种),分布于亚洲、非洲、美洲及大洋洲的热带、亚热带区域,我国仅有 1 种,即绿孢鹿角蕨(P. wallichii)。

根据形态和生长特点,鹿角蕨在园艺上有很多种分类方式,例如:根据是否会产生侧芽分为单芽型和多芽型,通常来说单芽型的鹿角蕨体形都比较大,多芽形的则较小;根据营养叶的形态分为营养叶全包型和营养叶直立型。在经典植物分类学上,1972年,美国植物学家霍希扎基(Hoshizaki)按形态和分布地等因素将鹿角蕨属分为非洲- 美洲群(Afro-American group),有7种;爪哇- 澳大利亚群(Javan-Australian group),有4 种;马来- 亚洲群(Malayan-Asian group),有7种。这种分组方式后来也得到了分子生物学的验证和支持。

虽然鹿角蕨属只有18 个原生种,但它们形态各异,各自还有一些特殊的生存技巧,下面来一一认识吧。

鹿角蕨属的模式种

在植物分类学中,一个属均有一个物种作为属模式种,模式种通常是该属具有代表性的物种。圆盾鹿角蕨(P. alcicorne)是鹿角蕨属的模式种,属名Platycerium意为“宽阔的角状叶片”,种加词alcicorne则是“鹿角状”的意思。圆盾鹿角蕨是多芽型鹿角蕨,产自东非和马达加斯加,也被称为东非鹿角蕨。二者因产地不同,故叶片颜色略有差别,产自马达加斯加的叶片比东非的颜色更深。

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圆盾鹿角蕨

鹿角蕨中的“四大天王”

鹿角蕨属中有4 个体形巨大的种,分别是女王鹿角蕨(P. wandae)、巨大鹿角蕨(P. superbum)、何其美鹿角蕨(P. holttumii)和巨兽鹿角蕨(P. grande)。它们都是前文提到的单芽型,常被称为“鹿角蕨四大天王”,从名字中都能看出“天王”的霸气!

“四大天王” 里体形最大的是女王鹿角蕨,分布于大洋洲的巴布亚新几内亚。其营养叶直立,芽点附近的部分叶片卷曲成流苏状;孢子叶分裂成长短不一的两个分叉,其中,上部的短分叉不分裂,下部的长分叉再分裂成多个分叉;孢子囊群生长在短分叉的顶部和长分叉的基部。

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女王鹿角蕨

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女王鹿角蕨芽点附近的叶片呈流苏状

何其美鹿角蕨分布于泰国、越南和马来西亚等东南亚国家。其营养叶的形态与女王鹿角蕨接近,但孢子叶略有不同。何其美鹿角蕨的孢子叶也有长短不一的分叉,且短分叉有分裂;孢子囊群的位置与女王鹿角蕨一样。

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何其美鹿角蕨

巨大鹿角蕨分布于澳大利亚,是大洋洲唯一的单芽型鹿角蕨。其营养叶直立,顶端深裂;孢子叶在基部形成两个大的分叉,各自继续形成多个分叉;孢子囊群生长在两个大分叉中间凹陷的叶背处,每片孢子叶上各有1 个孢子囊群。

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巨大鹿角蕨

巨兽鹿角蕨也称壮丽鹿角蕨,分布于菲律宾和印度尼西亚。其形态与巨大鹿角蕨相似,区别在于后者的孢子叶分裂成2 个等长的分叉,而前者分裂成4 个等长的分叉。孢子囊群生于分叉处的凹陷内,每片孢子叶上各有2 个孢子囊群,形状像裙摆。

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巨兽鹿角蕨

不保水的鹿角蕨

鹿角蕨通常依靠营养叶来收集和保持水分,以保证根状茎的湿润。但有一种鹿角蕨正好相反,由于生长环境过于湿润,其营养叶形成了特殊的构造便于通风和排水,实属“另类”,这就是爱丽丝鹿角蕨(P. ellisii)。它分布于马达加斯加东岸的红树林,由于海岸的湿度很高,水分获取相对容易,根状茎容易被“淹死”,所以其每层营养叶间有约2 厘米的空隙。利用这些空隙,爱丽丝鹿角蕨可以排掉多余的水分,避免因太过潮湿而腐烂。

美洲唯一鹿角蕨

安第斯鹿角蕨(P. andinum)也被称为美洲鹿角蕨,是美洲唯一的一种原生鹿角蕨,主要分布在秘鲁和玻利维亚。其营养叶和孢子叶表面都覆盖着较多的星状毛,使叶片颜色呈灰绿色。

安第斯鹿角蕨的形态与分布在非洲的四叉鹿角蕨接近,近期的分子生物学研究也证明两者的亲缘关系比较近。但两个种在地理上相隔甚远,形成现在分布格局的缘由目前还没有定论。

不似鹿角的鹿角蕨

象耳鹿角蕨(P. elephantotis)分布于非洲中部地区,是唯一一种孢子叶不分裂的鹿角蕨。在生长季,它从芽点生出两片巨大且下垂的孢子叶,叶片颜色深绿、叶脉明显且形似大象的耳朵,故而得名象耳鹿角蕨。

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象耳鹿角蕨

营养叶不分裂的鹿角蕨

三角鹿角蕨 (P. stemaria) 分布于非洲中部地区,其营养叶直立但顶端不分裂,呈波浪形,这在鹿角蕨属中较为少见,很好辨认。三角鹿角蕨的孢子叶在末端分裂为二叉,两个分叉继续分出多个较短的裂片,整体呈锐三角形,这也是其名字的由来。

最百变的鹿角蕨

爪哇鹿角蕨(P. willinckii)分布于印度尼西亚的爪哇岛,为多芽型鹿角蕨。其营养叶直立,在顶端深裂;孢子叶分叉较多、长度较长,孢子囊群位于叶分叉顶端。爪哇鹿角蕨的栽培历史较长,经过多年的选育,园艺工作者培育出了较多形态各异的栽培品种,如目前体形最小的鹿角蕨品种就是由爪哇鹿角蕨选育而来的,非常适合室内栽培。

最耐旱的鹿角蕨

银叶鹿角蕨(P. veitchii)也被称为立叶鹿角蕨,分布于澳大利亚,是一种多芽型鹿角蕨,在野外可以生长在干旱的岩石上。与安第斯鹿角蕨一样,银叶鹿角蕨整株也覆盖着很厚的星状毛,是星状毛最多的鹿角蕨属植物,因此也是最耐旱的一种鹿角蕨。满布的白色星状毛使它的叶面呈银白色,有利于反射太阳光,同时减少水分蒸发,增强了银叶鹿角蕨对干旱环境的适应性。

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银叶鹿角蕨整株都覆盖着厚厚的星状毛,极其耐旱(董志昊 供图)

最“暗黑”的鹿角蕨

深绿鹿角蕨(P. hillii)分布于巴布亚新几内亚和澳大利亚北部。其营养叶为圆盾形或肾形,边缘不分裂,紧紧包裹住根状茎;孢子叶向上生长,具有较多分叉,呈深绿色,有些个体颜色甚至深到接近墨绿色。因颜色特别,该种备受园艺爱好者喜爱,近年也培育出了较多的栽培品种,大多具有坚挺且深色的孢子叶。

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深绿鹿角蕨的孢子叶呈深绿色,分叉较多

最常见的鹿角蕨

二歧鹿角蕨(P. bifurcatum)为多芽型鹿角蕨,分布于印度尼西亚的爪哇岛、巴布亚新几内亚和澳大利亚东海岸。它与深绿鹿角蕨的形态接近,但其营养叶顶端浅裂,并不紧紧包裹根状茎。二歧鹿角蕨是适应能力最强的鹿角蕨,作为一种热带植物,可耐受5℃左右的低温,所以在我国南方的植物园中见到的鹿角蕨大多数都是该种。很多人第一次见到并了解鹿角蕨属植物都是从二歧鹿角蕨开始的。

与蚂蚁共生的鹿角蕨

与动物共生是植物在漫长的演化过程中获得的一种特殊的“能力”,植物可以获得额外的保护和营养,扩大花粉和种子的传播距离。同时,动物可以从这些植物中获取食物或在其中筑巢。这种共生关系让双方都能在复杂的生态系统中获益。有一类鹿角蕨就拥有了这种能力,其圆形的营养叶紧贴树干,形成了封闭的空间;叶面布满沟槽,纹路形如猴子的大脑。这些具沟槽的营养叶就像一间间遮风挡雨的房子,蚂蚁可以在里面筑巢。作为回报,蚂蚁会清理“房子”里的虫害和真菌,守护鹿角蕨。同时,蚂蚁的排泄物也会堆积在巢穴内,鹿角蕨可以吸收其中的营养,从而更好地生长。

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皇冠鹿角蕨的孢子叶特化成“勺子”形状

与蚂蚁共生的鹿角蕨有两种:一种是分布于马达加斯加东北部潮湿森林中的马达加斯加鹿角蕨(P. madagascariense);另一种是分布于东南亚地区的马来鹿角蕨(P. ridleyi)。由于两者的营养叶表面都有形似猴子大脑的褶皱,所以又被称为“非洲猴脑鹿角蕨”和“亚洲猴脑鹿角蕨”。这两种鹿角蕨的孢子叶都向上直立生长,但马达加斯加鹿角蕨的孢子叶体形偏小,呈深绿色,而马来鹿角蕨的叶片更大,呈浅绿色且长有一个特殊的“勺子”。

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马来鹿角蕨的营养叶表面有形似猴子大脑的褶皱(红圈处)

有“勺子”的鹿角蕨

鹿角蕨家族中有两个非常特别的种,其着生孢子囊群的孢子叶部分会特化成“勺子”形状,满布孢子囊群的勺面向下,可以保护孢子囊不受雨水的冲刷。除前文提到的马来鹿角蕨外,皇冠鹿角蕨(P. coronarium)也具有这种“勺子”结构。它广泛分布于泰国、越南、马来西亚和新加坡等东南亚国家,是少数多芽型的大型鹿角蕨之一。

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皇冠鹿角蕨

皇冠鹿角蕨的营养叶高大且直立,上部浅裂,形似国王的皇冠,孢子叶形成多个分叉且很长,最长的可达2 米以上,十分壮观。

会休眠的鹿角蕨

四叉鹿角蕨(P. quadridichotomum)生长在非洲马达加斯加西部的季节性森林中。这里每年有长达6 个月的旱季,为了适应这种气候,在旱季,它的营养叶会变得干枯并紧紧包裹住根状茎,保留住维持生命的一点点水分;同时,孢子叶则脱落,减少水分蒸发,整株植物进入休眠。待雨季来临时,它就会吸收水分重新开始生长。同样有休眠特点的还有产自我国的绿孢鹿角蕨。

中国唯一的原生鹿角蕨

绿孢鹿角蕨又称“蝴蝶鹿角蕨”或“瓦氏鹿角蕨”,分布于泰国、印度和我国云南,在云南仅分布于盈江县及周边地区,是我国境内唯一的原生鹿角蕨,野生数量稀少,为国家二级重点保护野生植物,在《中国生物多样性红色名录》中属于极危(CR)级。绿孢鹿角蕨的营养叶直立,顶端深裂;孢子叶有2 ~ 3 个分叉,顶端又具有不同程度的分裂,整体宛如蝴蝶的翅膀,非常美观。

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正在休眠的绿孢鹿角蕨沿着树干排列,它是中国唯一的原生鹿角蕨

窥“鹿”识蕨

鹿角蕨形态各异,近些年更是培育出了许多很有特色的品种,也越来越多地进入了普罗大众的家中,以其独有的颜值和气质吸引着人们的目光,也让很多爱好花草的人通过鹿角蕨知道了蕨类这个大家族。

(本文图片除说明外,均由胡佳玉提供)

作者单位:深圳市仙湖植物园

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